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原油を含む温泉水における銅藍の生体鉱物化作用

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(1)

著者 脇元 理恵, 田崎 和江

著者別表示 Wakimoto Rie, Tazaki Kazue

雑誌名 地球科学

巻 60

号 4

ページ 275‑286

発行年 2006‑07‑25

URL http://doi.org/10.24517/00061669

doi: 10.15080/agcjchikyukagaku.60.4_275

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止

(2)

The Association for the Geological Collaboration in Japan (AGCJ)

NII-Electronic Library Service

The  Assooiation  for  the  Geologioal  Collaboration  in  Japan  AGCJ

地 球60

275

2862 06年)

Earth ScienceChikyu KagakUvol

60

275

286

2006

275

原 油 を含 温泉水 お け る 銅 体 鉱 物化作用

脇元理恵

* *

田 崎和 江

* * *

Bacterial

 

mineral

 

forrnation

 

of

 

covellite

 

in

 

oily

 

hot

 

springs

WAKIMOTO

 

Rie

* * and  

TAZAKI

 

Kazue

** *

Absract The ilmer wall  of the Tsukioka hot spdng  well was  cQvered with gr  n microbial  mats  which  contained black crude oil

 The hot sphng 

is

 

located

 

in

 

Tsukioka ,

 Niigata

 Japan

 The 

hot

 spring water (pH 7

, 3,

 Eh

・ 184

 mV  and

492

°

C

that was produced肯om  a 280m in 

depth

 originatedom 

fbssil

 seawater 1e aim Qf this study was to invcstigate of covellite 

biomineralization

 in the green microbi 副 mats with crude oi1 行om 丗 e TsukiQka hot sp 血g

watcr  Observations 

by

 eptical and eleetron mcroscopy  phospholipid analysis and 

bacterial

 cultivation showed  that

the

 

biomineralization

 ofcovellite

CuS

was 

found

 on 

the

 surface of crude oil 

drqplets .

 ED

XRF analysis showed that

the crude oil contained  SO3 67

6wt

 CaO (24

8wtand 

Cu20

(2

6wt

 Observations by optical  and epiHuorescence  microscopy  as well as scanning  electron mlcroscopy

SEM

showed that two moq hological types of

bacteriaLe

. ,

 filamentous and coccus  typed 

bacteria

wcre  

fbund

 on crude  oil 

d

oplets

 Transmjssion eectron microscopic (TEM observadons   er rovealed at the cell wall ofthcamentous 

bacteria

 

had

 a 

double

 membrane

md  was surrou

ded

 

by

 Extracellular Polymeric SubstanceEPS

 which  might  provide the favorable nucleation  sites

for CuS

 X

ray  dithaction and  electron  diffraction analyses  of the microbial  mats  showed  that the materials

preclpitated on the surface of the oil 

dropletS

 were  

highly

 crystalliZed covellite

CuS

 FTilR spectra of the microbial   tconm   ed covellite show 瓠 血e appe   ce ofC

N

H

 P

−0 ,

 P

−0−C

 and N

H 

bands ,

 indicag血 e presence

of 

phospholipids

(lecithin and phosphoric estern the microbial  mats

 Cultivation experiments  furthermore demonstrated that the cultivated 

bacteria

 were  

identified

 as sulte reducing  

bacteria

for

 coccus  typed 

bacteria

and oi

decompos

g 

b

(for filamentous 

bacteria

 A schernatic formation model 

is

 

here

 suggested tO 

better

 understand the interaction 

bctween

 baeterial cells and oil drQplets under  anaerobic  conditions  ill dle Tsukioka hot spring water

The biomineralization of cevellite 

described

 in this sturly might  have profund  irnplications fr bioremediadon ofoil

contaminated  site

Ke7

 

Urords

biomineralization ,

 covellite

 crlde oil 

bacteria

 

phospholipids

 extracellular 

polymeric

 substance

      

TsUkioka

 

hot

 springs

は じめ に

 

や地 下 水 中 には 多種 多 様 な微 生物

特有の バ を形 成し る (Moyer et aL 

l995

Asada and

Tazaki 

2001

.一

イ オ トは

原核物 あ単 細 胞 真 核さ れ る構造物

増 殖 と共

を増 し

現 地物 理 化 学 的環 境 を反 映 ら成長 す

内部で はイ オン の沈積生 体 鉱 物生 成 ( イ オラ リ

が 行 わ れ て

若 尾 1996 上 ほ

1999

ほ か 2002)

例 え ばFe とS 鉱物

schwertmannite 鉱 物化に 関 し て

鉄 酸 化 細 菌形 成 を促 進 (Kawano anCl  Tomita 

2001

ま た

お よ び藻 類 胞に鉄を沈着する こ と に よ 短期間形成 す

(Akai et al

. 1999

さ ら

物化作 用

ノ バク テ リ ア細 胞ズ に よ woodwardite 縞 模 様 が

され る (

Watanabe

 et al

. 2003

 日本有数石油産地北海道

お よ新潟県

で は

掘削時原 油 と と も温 泉 水 が 噴 出 し る例 が 多

生物石 油関係 い て

重 油流 出事 故お よ び

土 壌油 汚染地 域石油分解菌に よ る汚染環境修復 (  2005912日受 付

2005年1220

2004年学 会 第

111

年 学 術 大 会千 葉に て

. 一

部発表

* *金 沢 大 学 大学科 学 研 究 科

920

ll92金 沢 市 角 間 町

      Graduate School ofNatural  Science and  Technology

 Kanazawa University

 Kakuma

 Kanazawa 

920−ll92,

 Japan

***北 陸 支部

金 沢 大 学 大 学 院 自然 科 学研 究 科

920

ll92沢市角間 町

    Hokuriku Branch

 Graduate Schoot ofNatural  Sciencc and Technology

 Kanazawa University

 Ka  ma

 Kanazawa 920

ll92

 Japan

7

N工 工

Eleotronio  Library  

(3)

276

脇 元 理 恵

崎和 江

オ レ メ デ

さ れ て Bragg et al

. 1994

中 川

福 井

2003

Chaerun et al

. 2004

こ の

石 油分 解

好 気 的環 境下 にお け好 気 性 細 菌 に よ る

般 的あ る が

,Rueter

 et al

1994

)は嫌 気 的

硫 酸還元条件下に おも微に よ る原油分解活発 化

され る例 を報 告 し

しか し

石 油 分わ れ形 成れ る 生体 鉱 物 い て

Yushkin (1998) が 走査 型 電 子 顕 微鏡形態観察し

 本研 究で は

原 油 を温泉水し て新潟 県新 発 田市 月 岡温 泉源 泉 井戸形 成 す緑 色 め ら れ た 銅 藍covellite CuS )物 化 作 用

つ い 報告す

.一

球表層部に お銅鉱物多く は硫 化銅 鉱 物 と し存 在 し

も銅 藍 (CuS )はchalcocite

(Cu2S >

 chalcopyrite (CuFeS2 )

 

bornite

Cu5FeS4

) など と普遍 的産出す (Dunn and Muzenda 

2001

無 機化 学 的 な環下 に お銅 藍形成

, 一

220〜350

熱変 質 作 用 を受 け (Lusk and Bray 

2002

.一

,2 〜50

較 的 低 温

還 元 環 境 下い て Cu 飽 和 度増 大

形成こ る と考え (Ehrlich et al

. 2004

従 来硫 化 銅 鉱 物関す研 究

無機化学的 な 相平衡じ ら れ

細 胞 浸 出 液 お 細 胞 膜有機物岩石 中銅 鉱積 極 的溶解 す 例 も知られり (Daubree 

1862

Duff et al

, 1963

Mor and Beccaria 

l975

Mcneil and Little 

l992

物学知 見か らも検 討行 う必 要

物 が 関 与 し鉱 物化作用研究

溶解や溶出関 す化 学 的 デ

に基

く報 告 が 主あ り

微 生 物培養実験 を通し てれ た体 鉱物を ミ ク

サ ブ ミ クロ ン

観 察

分 析 した 例 は

 こ で本 研 究で は

49. 2

℃)

温泉

原油

者 が混 合 した環 境 系 にお

緑 色 イオ

ト中銅 藍存在電 子顕微鏡観 察らかし た

ま た

微 生 物培 養 実験に よ

銅 藍形 成直接関与す 種 類の バ存 在 が 明 らか報告す

試料

お よ

び実験方 法

               料採取

 本 研究調査対 象地 域新 潟 県 月 岡温 泉 は新 潟 平 野

ガ ス 田属す

貯留岩新 第寺泊

層 相 当層

火 山岩 類 中挟 在 す泥 岩れ た有 効 孔 隙 確認さ れて い (Tsuchiya l995Hirai et al

1995) (Fig

IA)

月岡

1912

石油掘削ら れ た井 戸か ら原油

共 に多 量化 石 海水が 噴 出 した 有 す

採取原油量 が 少 なか た た田 とて は 開発さ

温泉利 用 され 現 在 に至 る (島 津

2001

月 岡

5

号 井戸源 泉水無 色透明

,440L

湧 出あ り

温 泉 分 析 表

硫 化 水 素 発 生 量 は

125, 8mg

1と非 常 (Fig

. IB

1 月 岡 温位 置 (A)源 泉井全体 図 (B

源 泉井 戸 内壁に は緑 色 イ オ 矢 印形 成

原 油 が 付 着 し

(矢印) (C

Fig

. 1

 

Tsukioka

 

hot

 springs in Niigata Prefecture

 Japan

 A

Sampling

 location

 BOverview  ofthe  

hot

 spring  wetl

C hotograph shows  

the

 green microbial mats  and  black crude  oil along the wall ofthe  well

 2003 年 5月月岡温泉源泉井戸か ら

井戸内 壁し た黒色原油イ オ

Fig. lc

矢 印)を採 取 し た

ト試 料 は

滅 菌 済 みの バ ゴ ム

蓋 を用 採 取 し

観 察用試料

2. 5

% の グ ル タ

ル ア

固定し た

分析 用試料温 泉水と共採 取 し

,4

冷蔵し て研究

同 じ く原 油 試 料滅 菌済 瓶 と蓋を用

冷蔵して

温泉水 試料

O. 2mm

の メィ ル

で ろ

した

酸 を

pH1

以 下冷 蔵 運 搬

               実験方法

源泉水質測

 

温 泉水 質

現 地い て

,pH

HOR A

ーLAB

 pH

F

−24

酸 化還 元電 位 (Eh )

HORIBA

ACT  Eh

 D

−13

気伝導

(EC )HORIBA

ACT 導 電 率

ES

・ 12

溶 存 酸 素 (DO )HORIBA 溶 存 酸 素

(4)

The Association for the Geological Collaboration in Japan (AGCJ)

NII-Electronic Library Service

The  Assooiation  for  the  Geologioal  Collaboration  in  Japan  AGCJ

原 油 を 含 む温 泉 水に お け る銅 藍生体鉱物化作

277 OM ・

12を用 て そ れ ぞ れ 測

温 泉水

Na

 K い て は炎 光光 度法

 Ca

 Mg

 Ttal Fe

Mn つ い て は

原 子 吸 光 光 度 法

また

 Cu

原 子光光度法量分 析 を行

,SO42 .

分 光 光 度 法 を て 分

炎 光 光 度法 およ び

原 子 吸 光 光 度法

業製

SAS −727

ム レ原 子 吸 光 光 度 法は 同製社SAS

− 705V

を使 用 し

気金 属加 熱炉併用測 定 を行

分 光 光 度法はAPEL  Model PD

−3

に て

硫 酸自濁 法 (日本 分 析 化 学 学 会 北 海 道 支部

1994

を用 測 定 を行

緑 色バ イ オ トと 原鉱物組成お よび含 有 元 素   イ オ 鉱 物 組 成つ い て は

風乾し た

試料粉末に し

X 線 粉 末 回折 (

XRD

を用 同 定 した

分 析に は理学機 製 RINT1200 型X 線 回 折 装 置 を 使用 し

, CuK

 a線 を用

40kV,

30mA

測 定し た

イ オ トお よ び 原 油 中化学組 成 (原 子番号が Na 以 上 の 元素 ) て は

 

H

本 電 子製

分散 蛍 光X 線 分 析 (ED

XRF )置 JSM

3201

 Rh

K a線 源

加 速 電 圧

30kV

FP ( ァ ン ル パ

に より半 定 量 分 析 を行

イ オ 試料風 乾

乳鉢粉末に し た ト状加 工 し 分析 を行

採 取し た 原油 試料 (Fig

. IB

2枚

フ ィ ル ム分析 を行

緑色バ イ オ トの顕微 鏡 観 察

 持 ち 帰 イ オ 試料 い て直ち落射 蛍 光

微分 干 渉 光 学 顕 微 鏡 (落 射 蛍 光 装 置EFD

−3

お よ び透 過

分 干 渉 装慨NTF

−2A

) を用観察

落射蛍 光顕微 鏡観察に は

存 在 を確 認 す るた め

DAPI

4,

6 −diamidino −2−

phenylindole)染色 を観察

微 生 物 DAPI 染 色 後

蛍光 顕下 で観察する とDNA が青色 を呈

黄色蛍 光 を呈 す る (

Kawai

 et al

. 1999

原 油 は産 地 調蛍光示 す

イオ ト試 料微 細 な表 面 形 態 観察査 型電子 顕微 鏡

(SEM  JERO

JSM

5200LVい て

加 速 電

15

 

kV

また

SEM 取り付け

分 散 型x 線 分析 装 置 EDx  Philips

EDAx

Pv9800STD ) を用い て バイ オ ト試 料元 素 分 析 を行

鉱 物 およ び油 滴形 態 を保

Suzuki et al

1995

手法

凍結乾燥法 を用

 さ らに 微 細 な 微 生 物 観察は透 過 型 電 子 顕微 鏡 (TEM JEOL

JEM

−2000EX

い て

ま た

微生物お よ び

鉱物内部観察行 うた め

超薄切 片法 を用

80nm

切片 を作 成 し

 TEM 観察お よび電子線回折 分析を行

な お

超薄切 片法 タ ノ

お よ び

有 機 溶剤に よ る 固定 を行うた め

イ オ 油 滴溶解

除去 さ れ

赤 外 分 光 分析 と リ脂 質 分析

(9 )

  緑 色 イ オ 原 油化 学結 合調 る た めに フ

変 換 赤 外 分 光 光 度計 (JASCO  FTtIR

−610V

4000

〜400cm.

1範囲測 定

風乾さ せ 試 料赤 外 透 過 材料粉 末臭 化 ウ ムKBr )10mg 観 合

直 径3  した

1

原 油試料液体用セ ルを用測定

 

まれる リ

に レシ

つ い て はBligh

Dyer で ク ル ム

メ タ ノ

 KC1

溶液抽 出 を行 た後

湿 式 分 解 法 を用測 定 を行

リ ブ デア ン モ ウ ム お よ び酢酸ブ チ ル に より発色 を させ

分 光 光 度計 (APEL  Model PD

−303

を用検 量 線 り}則定 を行

なお

こ の分 析 法は 凵化学 会 編

(1991)およ び冂本 油化 学会編 (

1996

手法

緑色バ イ オ 培養実験

  イ オ 生 息 す微 生 物代 謝 様 式 を明 らか に

た め硫 酸 還 元菌 選 択 培 地お よ び石 油 分 解 菌 選択 培 地

い て培養実験

硫酸還 元菌培 地溶液

1

1 中

KH2PO4

0, 5g ,

 NH4C1

lg ,

  Na SO4

lg ,

CaCl

2H20

0. lg,

 MgSO4

・7H20

2g,

 Na

actate lg

, Yeast

 extract

lg,

 

Resazurin−Na

0,

1 溶 液)lml

FeSOrl

・7HzO

0. 2g,

 cyctejn

HCI

100mg,

 Na

ascerbate

100mg

pH 

7. 2−7, 4

調 節 した もを使 用 した (上 木

永 井 1993)

培 養滅 菌 水10ml 中 ト25 

g

を懸 濁

せ たを 原液

培 養原液を含

10

倍 希釈 溶液

5

段 階作

調製液体培

7. 5m

を入 れ た 滅菌済 験 管 ( 栓 付 き) lm1ず加 え

試 験 管窒 素 置換

嫌気 中 ( ク三

化学社製)に お

30

暗条件ド

3

日間培養

石油分解菌に はBushnell Hag

 s Mineral Salts medium

(BHMS )月 岡温 泉 源 泉 井 戸 り採 取 し原 油1 を炭 素 源 加 え を 使 用 し

培 地溶液

ll

MgSO4

・7H

O

0. 2g,

 CaC12

0. 02g,

 KH2PO4

1g,

 K2HPO4

1g,

 NH4NO3

lg,60

% の FeClsを

2

滴 加 え

 

pH

7. 2−7. 4

調 節 し (Chaenm  et al

2004)

培 養硫 酸 還 元 菌 培 養 同様培養原液使用

同様手順

10

培 養

どち ら培 地 もオ

プ (

121

, 20

分 )滅 菌

培 地加 え た 原 油

0,

2mm の フ ィ ル タ

除 菌 し

培 養し た落 射 蛍 光

微 分 干 渉 光 学 顕 微鏡およ び透過型

tz r

顕微鏡に よ

形態観察

結  果

源泉水質測定結果

 

月岡 温 泉水質 測 定 結 果 を

Tablel

示 す

 pH

7. 3

ほ ぼ中 性あ り

Eh

一 184

 mV 非 常還 元 的 な 環 境 を示 した

EC

7. 3mS

cm と比較 的高く

 DO

0. 8mg

1貧酸 素環境 を

49, 2

また

原 子 吸 光

び分 光 光度 分 析結 果 は

,Na 「

1375. 1mg

l

と非 常高 く

Ca21

 

K

 Mg2

濃 度 も

30mg

l以 上

化石

N工 工

Eleotronio  Library  

参照

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